易失变量和happens before排序

Question

我有两个线程：

线程1：

a = 1;
x = b;

线程：2

b = 1
y = a

这里声明了a和b为volatile。我不理解在a = 1;和y = a;以及x = b;和b = 1;之间如何创建"happens-before"边缘。

我知道使用volatile变量可以防止从线程缓存读取旧值。但是，volatile变量如何确保happens-before顺序。

具体来说，我不理解这句话：

  

对volatile字段的写入发生在每个随后对相同字段的读取之前。

它是如何工作的？

- softwarematter

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请参考最近的这个问题和答案，获取大量相关信息：https://dev59.com/c2865IYBdhLWcg3wIrFg - andersoj

Answer 1

对于同一字段的每个后续读取，对易失性字段的写入都会发生在其之前。这里重要的词是“后续”。以下是Java语言规范17.4.4同步顺序的相关部分：

每次执行都有一个同步顺序。同步顺序是执行中所有同步操作的全序。对于每个线程t，在t中的同步操作（§17.4.2）的同步顺序与t的程序顺序（§17.4.3）一致。同步操作引起了在动作上的同步关系，定义如下：

[...]

对易失变量（§8.3.1.4）v的写入与任何线程对v的后续读取同步（其中“后续”根据同步顺序定义）。

请注意最后一部分。因此，它表示，如果您考虑程序的所有操作的任何总排序，任何后来的读取易失性变量的读取都不会“错过”写入。

- Jon Skeet

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对于每个线程t，同步操作的同步顺序是什么？仅靠volatile本身无法确定线程之间的同步顺序，不是吗？ - user166390

我也有同样的问题。我觉得 Java 规范有点晦涩难懂。 - softwarematter

@pst：volatile关键字适用于“总体”顺序，而不是特定线程的顺序。这实际上意味着一个线程在读取一个volatile变量之前必须检查是否有其他线程执行了写操作。 - Jon Skeet

@JonSkeet，我读了JLS，我认为“同步顺序”和“先于发生顺序”不是一回事，“先于发生顺序”适用于两个冲突访问同时发生的情况。 - khotyn

@JonSkeet 正如您所说：“线程在读取易失性变量之前必须检查是否有其他线程执行了写操作。”但是如果一个线程正在进行写操作，而第二个线程正在读取它，会发生什么情况！！我错了吗？？这不是原子操作的竞争条件吗？？请回复。 - hardik

Answer 2

为了进行分析，首先列出所有可能的同步顺序，这些顺序必须与编程顺序一致。在你的例子中，有6个可能的顺序。

 1       2       3       4       5       6
w(a)    w(a)    w(b)    w(a)    w(b)    w(b) 
r(b)    w(b)    w(a)    w(b)    w(a)    r(a)
w(b)    r(b)    r(b)    r(a)    r(a)    w(a)
r(a)    r(a)    r(a)    r(b)    r(b)    r(b)

每个订单都会建立一些先后顺序关系。在（1）中，我们有w(a)发生在r(a)之前。在（6）中，我们有w(b)发生在r(b)之前。在（2）-（5）中，我们两者都有。

对于每种可能的顺序，根据它所建立的先后顺序关系，您需要分析执行以确保它做您想要的事情。

如果听起来太难了，那就是这样。在现实生活中，我们通常限制自己处理更简单的情况，例如只锁定/释放一个对象或只读写一个易失性变量。然后它就不会太复杂。

- irreputable

Answer 3

对于volatile字段的写操作，发生在相同字段的随后的每个读操作之前。

这段话很令人困惑。它将happens-before关系限制为发生在读取之前的写入！它只表示在之后的读取实际上是在之后发生的。

换句话说，它尝试表达的意思是，读取不会在写入期间发生，并且如果有其他happens-before关系导致读取在写入之后发生，则读取将具有该写入的值。

请参见JLS章节17.4.4同步顺序，其中定义了此上下文中的“后续”一词。

- Mark Peters